Столбов Олег Валерьевич, кандидат физико- математических наук, старший научный сотрудник лаборатории динамики дисперсных систем
ул. Академика Королева, д. 1, г. Пермь 614018
Oleg V. Stolbov, Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Senior Researcher at the Laboratory of Disperse Systems Dynamics
1 Academika Koroleva Str., Perm 614018
Райхер Юрий Львович, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории динамики дисперсных систем
ул. Академика Королева, д. 1, г. Пермь 614018
Yuriy L. Raikher, Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Chief Researcher at the Labora- tory of Dynamics of Disperse Systems
1 Academika Koroleva Str., Perm 614018
Цель. Поиск простого и физически разумного способа описания базовых свойств магнитоактивного эластомера под действием приложенного магнитного поля и/или механической нагрузки.
Методы. Предложен феноменологический подход, в рамках которого агрегирование феррочастиц в магнитоактивном эластомере трактуется как появление некоторого параметра порядка, физический смысл которого близок, но не сводится полностью к количеству частиц наполнителя, объединившихся в агрегаты, отнесённому к общему числу частиц. Соответствующий функциональный вклад в свободную энергию системы записан в форме, схожей с разложением Ландау – де Жена, как оно используется в теории фазовых переходов. В зависимости от присутствия кубической степени параметра порядка в этом разложении структурный переход в магнитоактивном эластомере может развиваться по сценариям как I, так и II рода.
Результаты. В модельном одномерном расчёте показано, что зависимости главных характеристик композита – намагниченности и деформации – от приложенного магнитного поля и механической нагрузки можно единым образом описать через изменение параметра порядка. Рассмотренная модельная среда проявляет важную особенность: в присутствии внешнего поля она реагирует на приложенную механическую нагрузку квазипластически. Однако, как только поле выключается, система выходит из пластического состояния и восстанавливает исходную упругость.
Заключение. Полученные результаты находятся в хорошем согласии с данными прямого численного моделирования мезоскопического варианта рассматриваемой задачи. В качественном отношении выявленные особенности реологического поведения рассмотренной системы находятся в близком соответствии с результатами экспериментов по механическому нагружению магнитоактивных эластомеров на силиконовой основе, наполненных порошком карбонильного железа, частицы которого имеют микронный размер.
Purpose. To propose a simple and physically reasonable way to describe basic properties of magnetoactive elastomers under the action of magnetic field and/or mechanical loading.
Methods. A phenomenological approach is developed, in the framework of which the aggregation of ferroparticles in a magnetoactive elastomer is interpreted as the appearance of an order parameter whose physical meaning resembles, although does not coincide entirely with, the number of the particles dwelling in aggregates normalized by the total number of the particles. The corresponding functional contribution to the free energy of the system is constructed in the form similar to that of the Landau-de Gennes expansion, as it is used in the theory of phase transitions. Depending on the presence of the cubic term in this expansion, the transition may develop along the scenarios of either I or II order.
Results. In a model 1D calculation it is shown that the dependences of the main characteristics of the composite, viz. magnetization and deformation, on the applied field and mechanical load, might be in a unified manner described as being entailed by the evolution of the above-introduced order parameter. A specific feature manifested by the model system is its ability to display quasi-plastic response that exists as long as the external field is on, and to get back to elastic behavior as soon as the field is switched off.
Conclusions. The results obtained are found to be in good agreement with the data obtained from the direct numerical modelling of the mesoscopic variant of the considered problem. In qualitative aspect, the discovered specific features of the rheological bahavior closely resemble the results of experimental studies om mechanical loading of magnetoactive composites consisting of a silicone rubber filled with micron-size particles of carbonyl iron.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.